[發(fā)明專利]銥針尖、及使用銥針尖的離子源、電子源、顯微鏡和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410389960.1
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104347335B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小堺智一;松田修;杉山安彥;相田和男;荒卷文朗;八坂行人;大庭弘
• 申請（專利權(quán)）人: 日本株式會社日立高新技術(shù)科學(xué)
• 主分類號: H01J37/02
• 分類號: H01J37/02;H01J37/073
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11127
• 代理人: 李輝,黃綸偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及銥針尖、及使用銥針尖的離子源、電子源、顯微鏡和裝置，具體而言涉及銥針尖、氣體電場電離離子源、集束離子束裝置、電子源、電子顯微鏡、電子束應(yīng)用分析裝置、離子電子復(fù)合束裝置、掃描探針顯微鏡以及掩模修正裝置。

背景技術(shù)

在以下內(nèi)容中，將電子顯微鏡的電子源或集束離子束(FIB：Focused Ion Beam)裝置的氣體電場電離離子源(GFIS：Gas Field Ion Source)中的產(chǎn)生電子或離子并銳化的針狀電極和掃描探針顯微鏡(SPM：Scanning Probe Microscope)的探針等稱作針尖(Tip)。

以往，為了在電子顯微鏡和集束離子束裝置中獲得高分辨率的圖像，期望將針尖的前端銳化為由幾個原子構(gòu)成的程度。此外，為了在掃描探針顯微鏡中使針尖的壽命變長，期望將針尖的前端銳化為原子級別(level)。

圖15(A)～(C)表示現(xiàn)有的針尖500的概要形狀。如圖15(A)所示的針尖500的整體形狀那樣，針尖500形成為直徑為幾百μm以下的細(xì)線的前端被電解研磨(也稱之為濕蝕刻)而變細(xì)變尖的形狀。如圖15(B)所示的針尖500的前端部A那樣，針尖500在前端部A具有微小的突起501。如圖15(C)所示的針尖500的突起501那樣，突起501具有通過數(shù)層的原子形成的三角錐形狀，突起501的前端由1個原子構(gòu)成。在以下內(nèi)容中，將突起501稱作角錐結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前已知搭載了使用鎢針尖的氣體電場電離離子源的離子顯微鏡。針尖的表面的原子密度較低的結(jié)晶面易被銳化，因而鎢針尖的＜111＞方向被銳化。鎢的{111}結(jié)晶面為3次旋轉(zhuǎn)對稱，{110}結(jié)晶面或{112}結(jié)晶面成為錐體結(jié)構(gòu)的側(cè)面(錐面)。

作為以鎢針尖的前端面由幾個原子構(gòu)成的方式使前端銳化的方法，已知使用氮或氧的電場感應(yīng)氣體蝕刻、熱分面(facet)和重塑(remolding)等的方法，通過這些方法能夠再現(xiàn)性良好地使＜111＞方向銳化。

電場感應(yīng)氣體蝕刻是在使用電場離子顯微鏡(FIM：Field Ion Microscope)對以氦等作為成像氣體的FIM像的觀察中導(dǎo)入氮?dú)?，蝕刻鎢針尖的方法。氮的電場電離強(qiáng)度比氦的電場電離強(qiáng)度低，因而氮?dú)鉄o法接近能夠觀察FIM像的區(qū)域(即氦進(jìn)行電場電離的區(qū)域)，而被吸附于從鎢針尖的前端略微離開的針尖側(cè)面。然后，氮?dú)馀c針尖表面的鎢原子結(jié)合而形成鎢氧化物。鎢氧化物的電場蒸發(fā)強(qiáng)度較低，因而僅對從氮?dú)馑降那岸寺晕㈦x開的針尖側(cè)面選擇性進(jìn)行蝕刻。此時(shí)，鎢針尖的前端的鎢原子未被蝕刻，因而可獲得具有比經(jīng)電解研磨的針尖更為銳化的前端的針尖(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

熱分面是在氧氣氛中對電解研磨后的針尖進(jìn)行加熱，從而使特定的結(jié)晶面成長，在針尖的前端形成多面體結(jié)構(gòu)的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。

重塑是在超高真空中對電解研磨后的針尖加熱和施加高電壓，從而在針尖的前端形成結(jié)晶面的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)3)。

此外，當(dāng)前作為針尖的前端為1個原子的結(jié)構(gòu)的針尖的形成方法，已知在鎢或鉬的針尖表面電鍍金、鉑、鈀、銥、銠或它們的合金，然后實(shí)施電解研磨或加熱，通過單一原子封端的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)4)。

此外，當(dāng)前已知基于搭載了使用鎢針尖的氣體電場電離離子源的氦集束離子束的掃描離子顯微鏡、即集束離子束裝置(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。

此外，當(dāng)前已知在基于搭載了使用鎢針尖的氣體電場電離離子源的氦集束離子束的掃描離子顯微鏡中，釋放離子的鎢針尖的前端被由3個鎢原子構(gòu)成的三量體封端(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。

此外，當(dāng)前已知對于作為針尖的材料其化學(xué)耐性比鎢強(qiáng)的銥，為了形成具有銥細(xì)線的前端為單一原子的角錐結(jié)構(gòu)的針尖，需要向真空容器內(nèi)導(dǎo)入氧并進(jìn)行加熱(熱分面)(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。

此外，當(dāng)前已知在＜210＞銥單晶針尖的前端形成由1個{110}結(jié)晶面和2個{311}結(jié)晶面構(gòu)成的微小的三角錐結(jié)構(gòu)(例如，參照非專利文獻(xiàn)3)。

此外，當(dāng)前已知在銳化的＜210＞銥單晶針尖的前端通過熱分面形成由1個{110}結(jié)晶面和2個{311}結(jié)晶面構(gòu)成的微小的三角錐，進(jìn)而其頂點(diǎn)為單一原子。已知該使用銥針尖的氣體電場電離離子源能夠在大約2250秒的期間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行束釋放(例如，參照非專利文獻(xiàn)4)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1美國專利第7431856號說明書

專利文獻(xiàn)2日本特開2009-107105號公報(bào)

專利文獻(xiàn)3日本特開2008-239376號公報(bào)